Аміак: отримання та властивості

У молекулі аміаку NH₃ атом азоту з'єднаний трьома одинарними ковалентними полярними зв'язками з атомами водню:

Геометрична форма молекули аміаку - правильна трикутної піраміди. Валентний кут H-N-H становить 107,3 ​​про:

Атом азоту в аміаку на зовнішньому енергетичному рівні залишається одна неподілена електронна пара. Ця електронна пара значно впливає на властивості аміаку, а також на його структуру. Електронна структура аміаку тетраедр , з атомом азоту в центрі:

Аміак – безбарвний газ із різким характерним запахом. Отруйний. Важить менше повітря. Зв'язок N-H - сильно полярнатому між молекулами аміаку в рідкій фазі виникають водневі зв'язки. При цьому аміак дуже добре розчинний у питній воді, т.к. молекули аміаку утворюють водневі зв'язки України із молекулами води.

Способи одержання аміаку

У лабораторії аміак одержують при взаємодії солей амонію з лугами. Поскільки аміак дуже добре розчинний у воді, для отримання чистого аміаку використовують тверді речовини.

Наприклад аміак можна отримати нагріванням суміші. хлориду амонію і гідроксиду кальцію. При нагріванні суміші відбувається утворення солі, аміаку та води:

Ретельно розтирають ступкою суміш солі та основи та нагрівають суміш. Газ, що виділяється, збирають у пробірку (аміак — легкий газ і пробірку потрібно перевернути вгору дном). Вологий лакмусовий папірець синіє у присутності аміаку.

Відеодосвід отримання аміаку з хлориду амонію та гідроксиду кальцію можна подивитися тут.

Ще один лабораторний спосіб отримання аміаку – гідроліз нітридів.

Наприклад , гідроліз нітриду кальцію:

У промисловості аміак отримують за допомогою процесу Габера: прямим синтезом з водню і азоту.

Процес проводять при температурі 500-550 про З та у присутності каталізатора. Для синтезу аміаку застосовують тиск 15-30 МПа. Як каталізатор використовують губчасте залізо з добавками оксидів алюмінію, калію, кальцію, кремнію. Для повного використання вихідних речовин застосовують метод циркуляції непровзаємодіяли реагентів: азот і водень, що не вступили в реакцію, знову повертають в реактор.

Докладніше про технологію виробництва аміаку можна прочитати тут.

Хімічні властивості аміаку

1. У водному розчині аміак виявляє основні властивості (за рахунок неподіленої електронної пари). Приймаючи протон (іон H + ), він перетворюється на іон амонію. Реакція може протікати і у водному розчині, і у газовій фазі:

Таким чином, середовище водного розчину аміаку – лужна. Однак аміак – слабка основа . При 20 градусах один об'єм води поглинає до 700 об'ємів аміаку.

Відеодосвід розчинення аміаку у воді можна подивитися тут.

2. Як основа, аміак взаємодіє з кислотами у розчині та в газовій фазі з утворенням солей амонію.

Наприклад , Аміак реагує з сірчаною кислотою з утворенням або кислої солі - гідросульфату амонію (при надлишку кислоти), або середньої солі - сульфату амонію (При надлишку аміаку):

Ще один приклад : аміак взаємодіє з водним розчином вуглекислого газу з утворенням карбонатів або гідрокарбонатів амонію:

Відеодосвід взаємодії аміаку з концентрованими кислотами – азотної, сірчаної та соляної можна подивитися тут.

У газовій фазі аміак реагує з летким хлороводнем. У цьому утворюється густий білий дим – це виділяється хлорид амонію.

NH₃ + HCl → NH₄Cl

Відеодосвід взаємодії аміаку з хлороводнем в газовій фазі (дим без вогню) можна подивитися тут.

3. Як основа, водний розчин аміаку реагує з розчинами солей важких металів , утворюючи нерозчинні гідроксиди.

Наприклад , водний розчин аміаку реагує з сульфатом заліза (II) з утворенням сульфату амонію та гідроксиду заліза (II):

4. Солі та гідроксиди міді, нікелю, срібла розчиняються у надлишку аміаку, утворюючи комплексні сполуки – амінокомплекси.

Наприклад , хлорид міді (II) реагує з надлишком аміаку з утворенням хлориду тетраміномеді (II):

Гідроксид міді (II) розчиняється в надлишку аміаку:

5. Аміак горить на повітрі , утворюючи азот та воду:

Якщо реакцію проводити у присутності каталізатора (Pt), азот окислюється до NO:

6. За рахунок атомів водню в ступені окислення +1 аміак може виступати в ролі окислювача , наприклад у реакціях з лужними, лужноземельними металами, магнієм та алюмінієм . З металами реагує лише рідкий аміак.

Наприклад , рідкий аміак реагує з натрієм з утворенням аміду натрію:

Також можлива освіта Na₂NH, Na₃N.

При взаємодії аміаку з алюмінієм утворюється нітрид алюмінію:

2NH₃ + 2Al → 2AlN + 3H₂

7. За рахунок азоту в ступені окислення -3 аміак виявляє відновлювальні властивості. Може взаємодіяти з сильними окислювачами - хлором, бромом, пероксидом водню, пероксидами і оксидами деяких металів. При цьому азот окислюється зазвичай до простої речовини.

Наприклад , аміак окислюється хлором до молекулярного азоту:

Пероксид водню також окислює аміак до азоту:

Оксиди металів , які в електрохімічному ряді напруги металів розташовані праворуч - сильні окислювачі. Тому вони також окислюють аміак до азоту.

Наприклад , оксид міді (II) окислює аміак:

2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O